Применение CAD/CAM-технологий для восстановления знака выпускника КПИ образца 1903 года
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Применение CAD/CAM-технологий
для восстановления знака
выпускника КПИ образца 1903 года
Ярослав Дубик, Владимир Токунов, Александр Пливак
В 2008 году Национальный техни- 1903 года хранится в единствен- и, как следствие, мы не смогли
ческий университет Украины «Ки- ном экземпляре (рис. 2). воспользоваться имеющейся в
евский политехнический институт» К 110-летию НТУУ «КПИ» перед ArtCAM функцией FaceWizard для
отметил свое 110-летие. Под ру- нами была поставлена задача вос- создания 3D-модели по фотогра-
ководством главного архитектора создать и изготовить этот знак в фии. Данная функция позволяет
университета В.И. Лиховодова натуральную величину, а также создать 3D-рельеф на основе гра-
была организована творческая выполнить его в семикратном уве- даций серого цвета любого растро-
группа «Память КПИ», одной из за- личении для оформления фасада вого изображения (в том числе и
дач которой являлось сохранение зала заседания ученого совета фотографии). Поэтому нами было
культурного наследия и традиций НТУУ «КПИ». принято решение создать вектор-
этого учебного заведения. ную модель, и уже на ее основе
При изучении материалов Го- Создание в ArtCAM получить 3D-модель.
сударственного архива истории математической Хотя этот метод требует больших
г.Киева был обнаружен знак вы- модели знака трудозатрат, именно он позволяет
пускника КПИ образца 1903 года — достичь наивысшего качества.
именно тогда состоялся первый Сбор, анализ Рис. 3. Координатно-
выпуск инженеров. Нагрудный знак и обработка измерительная машина LDIGIT 300 Построение
был официально утвержден в виде исходных данных (LANG GmbH & Co KG) векторной модели знака
описания и эскиза (рис. 1). Тщательный осмотр сложной фасон- нирование контуров и основных Для воссоздания знака нам было
В Государственном архиве исто- ной лицевой поверхности знака по- размеров знака на оборудовании необходимо построить векторный
рии г.Киева Знак выпускника КПИ казал, что она содержит множество Монетного двора г.Киева (рис. 3). эскиз, а для этого требовалось
При сканировании также был по-
лучен ряд опорных точек лицевой
стороны знака.
НТУУ «КПИ» является актив-
ным участником образовательной
программы компании Delcam plc,
поэтому в нашем распоряже-
нии имелась CAD/CAM-система
ArtCAM, предназначенная именно
для создания 3D-моделей с деко-
ративными рельефами.
Низкое качество лицевой по-
верхности музейного оригинала
не позволило нам получить доста-
точно качественную фотографию, Рис. 4. Герб Российской империи
Рис. 1. Сохранившиеся архивные документы
декоративных элементов, контуры
которых истерты или вовсе разруше-
ны (см. рис. 2). Поэтому воссоздать
знак простым копированием образ-
ца не представлялось возможным.
В результате на основании описания
знака (см. рис. 1), имеющегося в На-
циональном музее истории Украины,
было принято решение, используя
методы реверсивного инжиниринга,
создать его максимально прибли-
женную модель.
На первом этапе для создания
математической 3D-модели ори-
Рис. 2. Фотография оригинала
знака гинала было произведено ска- Рис. 5. Гербы губерний Российской империи
44 Апрель/2009 Реклама >
Рис. 6. Векторная модель знака выпускника КПИ четкое представление о каждом лись по изображениям из архивов Рис. 7. Демонстрация последовательности создания 3D-рельефа его элементе. Для максимально- музея. Создание 3D-модели была присвоена определенная го исторического соответствия После построения отдельно знака высота выдавливания и профиль элементов знака нам пришлось каждого элемента их объединили Создание математической (стиль), определяющие геометрию провести поиск геральдической в единое целое и получили век- 3D-модели знака выполнялось при элементов выпуклой формы. При- информации в исторических ар- торную модель знака выпускника помощи системы ArtCAM. Каждо- мер операции «выдавливания» хивах. КПИ (рис. 6). му элементу векторной модели изображения (рельефа) Георгия В основе знака выпускника Векторная модель представля- КПИ лежит герб Российской им- ет собой плоский рисунок знака с перии — двуглавый орел, коро- элементами, закрашенными раз- нованный двумя императорскими ными цветами, что позволяет при- коронами (рис. 4). своить им разную высоту и стиль Крылья и грудь орла на зна- выдавливания на этапе создания ке украшены гербами губерний математической 3D-модели знака. тогдашней Российской империи Построение векторной моде- (рис. 5), которые также требовали ли происходило вручную в про- тщательной стилистической век- грамме CorelDRAW. Выбор пакета торной прорисовки. CorelDRAW обусловлен тем, что Вокруг центрального герба эта программа имеет очень бога- Московской губернии находится тый инструментарий для работы цепь ордена Св. апостола Андрея с векторными изображениями. Первозданного, которая состоит Готовое векторное изображение из 17 чередующихся звеньев трех было импортировано в CAD/CAM- видов. Эти звенья восстанавлива- систему ArtCAM. Рис. 8. 3D-рельеф поверхности знака 46 Апрель/2009
Рис. 10. Функции обработки рельефов
а
Рис. 11. Объемная модель воссозданного знака
б
Рис. 9. Вспомогательные поверхности для моделирования глобальной (а)
и локальной (б) кривизны поверхности знака
Победоносца, поражающего змея, только глобальную кривизну по-
показан на рис. 7. верхности, но и локальную кри-
После аналогичных операций визну отдельных его элементов.
для каждого элемента двумерной Поэтому были отдельно созданы
векторной модели 3D-рельеф при- вспомогательные поверхности-
обрел окончательный вид, макси- подложки для моделирования Рис. 12. Используемые для обработки инструменты
мально приближенный к исходно- глобальной и локальной кривиз-
му прототипу (рис. 8). ны (рис. 9). ложив друг на друга все три релье- представленную на рис. 11. Релье-
Анализ геометрии образца Используя функцию комбини- фа, мы получили окончательную фы накладываются один на дру-
знака выявил, что он имеет не рования рельефов (рис. 10) и на- объемную модель нашего знака, гой с изгибанием в соответствии
а б в
Рис. 13. Отображение одной из управляющих программ (а), симуляция получистовой (б) и чистовой (в) обработки
Апрель/2009 47
Разработка Изготовление знака
управляющей программы Изготовление знака производилось
Разработка управляющей про- на трехосевом фрезерном станке с
граммы предусматривает анализ ЧПУ модели FGS 3925 (рис. 14),
технологичности и проверку ЧПУ- обладающем достаточно высокой
программы, созданной в системе производительностью.
ArtCAM. На рис. 15 представлен вос-
Проверка технологичности из- становленный и изготовленный в
делия включает выбор инструмен- системе ArtCAM знак выпускника
та, назначение режимов резания и КПИ.
стратегии обработки, а также ана-
лиз условий формообразования. Изготовление
Диаметр сферической фрезы для увеличенной
чистовой обработки выбирается модели знака
на основе минимальных радиу- для оформления
сов скругления рельефа модели фасада зала
знака. Тип и размеры инструмен- заседаний
та для черновой обработки вы- ученого совета
Рис. 14. Процесс фрезерования заготовки на станке с ЧПУ бираются из условий получения НТУУ «КПИ»
заданного профиля под чисто-
вую обработку и максимальной После построения модели в нату-
пpoизводительности обработки. ральную величину было произве-
Инструменты могут быть выбра- дено масштабирование модели до
ны из имеющихся в базе данных размеров 375Ѕ255 мм, указанных
ArtCAM (рис. 12). в заказе главного архитектора КПИ
Траектория движения инстру- В.И. Лиховодова (рис. 16). Обработ-
мента выбирается из предложен- ка увеличенной модели знака про-
ных системой ArtCAM стратегий с изводилась по древесине с макси-
целью достижения необходимого мальной высотой рельефа 35 мм.
качества обрабатываемой поверх- Размеры рабочей зоны имею-
ности и производительности об- щегося станка позволяют об-
работки. Для черновой и чистовой работать деталь с максималь-
обработки мы выбрали стратегию ными габаритными размерами
«змейкой по X», которая обеспечи- 390Ѕ250Ѕ100 мм, чего было
вает в нашем случае наибольшую недостаточно для изготовления
Рис. 15. Знак выпускника КПИ производительность. знака. Система ArtCAM дает воз-
с поверхностью, на которую они Изготовление знака Далее задается точность из- можность разделить модель на
помещаются, не изменяя своих в натуральную готовления (0,01 мм) и устанав- несколько частей, что позволяет
размеров. величину ливается плоскость безопасности изготовить знак из двух и более
В результате мы создали в ArtCAM Изготовление знака включает движения инструмента. Для зна- частей. Разделение на верхнюю и
3D-модель знака, пригодную для этапы подготовки управляющей ка высотой 15 мм мы назначили нижнюю перекрывающиеся части
разработки управляющих программ программы и непосредственной плоскость безопасности на 17 мм. модели после масштабирования
и изготовления на станке с ЧПУ. обработки на станке. После этого ArtCAM автоматиче- показано на рис. 17.
ски генерируются управляющие Для каждой части были созда-
ЧПУ-программы для черновой и ны управляющие ЧПУ-программы
чистовой обработки и проводится и проведена имитация обработки
их симуляция (рис. 13). (рис. 18).
Рис. 16. Масштабирование 3D-модели в ArtCAM Рис. 17. Разделение модели на две части меньшего размера
48 Апрель/2009
Рис. 18. Имитация чистовой обработки верхней части знака Рис. 19. Увеличенный знак для оформления фасада зала заседаний
(фрагмент) ученого совета НТУУ «КПИ»
Результат обработки после очистки и склеивания половин приведен ных технологий на основе CAD/CAM-системы ArtCAM для воссоздания и
на рис. 19. восстановления разного рода утерянных и разрушенных отличительных
знаков, геральдик и других атрибутов, имеющих историческую ценность.
Выводы Отметим, что восстановление с использованием системы ArtCAM изде-
В данной работе по изготовлению знака выпускника КПИ 1903 года по- лий, аналогичных знаку выпускника КПИ, представляет большой интерес
казаны большие возможности по применению современных компьютер- для предпринимателей, занятых в сфере дизайна и рекламы.
новости
Новейшие разработки Сложность в обработке композитов заключается в том, что
в области механообработки композитное волокно пружинит во время резки. На самом деле
и контроля точности на выставке JEC эта проблема не столь серьезна, как может показаться на первый
На выставке JEC, проходившей в Париже с 24 по 26 марта, ком- взгляд, однако при обработке любой карман получается меньше
пания Delcam продемонстрировала свои последние разработки заданного, что можно исправить дополнительной обработкой. При
в области обработки и контроля изделий из композитных мате- этом процесс деформации трудно предсказуем, так как волокна
риалов. Была представлена новая версия системы PowerMILL, композита во время резки имеют разную ориентацию. А это
предназначенной для высокоскоростной и пятикоординатной значит, что степень расхождения будет варьироваться. Для того
обработки, работающая совместно с измерительным оборудо- чтобы преодолеть данную проблему, перед операцией обработки
ванием, программа PowerINSPECT, а также серия адаптирован- следует провести измерения на станке щупом, установленным и
ных решений для производства высококачественных изделий из перемещающимся так, как это будет делать режущий инструмент.
композитных материалов. Таким образом пользователь узнаёт, сколько еще материала
CAM-система PowerMILL широко используется производите- нужно удалить, и получает возможность создать дополнительные
лями изделий из композитов для изготовления мастер-моделей траектории с точными параметрами в CAM-системе. Для более
и пресс-форм, а также для ЧПУ-программирования операций сложных изделий, например с двадцатью и более карманами,
пятиосевой обрезки и сверления. PowerMILL обеспечивает воз- может потребоваться неоднократное повторение цикла изме-
можность полного контроля над обработкой со стороны опытного рений и обработок для достижения требуемых допусков на все
технолога и позволяет реализовать технологические операции размеры. Для последующих изделий в серии повторяются только
максимальной степени сложности. Также в текущей, 9-й вер- циклы обработки, а результат проверяется лишь при конечном
сии CAM-системы был реализован ряд улучшений и доработок, измерении.
направленных на сокращение времени программирования и Подобные проблемы возникают и при сверлении отверстий:
обработки. деформация обработанной поверхности может повлиять на ко-
5-я версия системы PowerINSPECT поддерживает пятиосевое нечное положение отверстий. Одно из решений — сверление в
сканирование измерительной головкой Renishaw REVO. Кроме два этапа. Сначала производится сверление меньшим диаме-
того, в новой версии этой программы для независимых изме- тром, который составляет обычно половину от конечного раз-
рительных средств реализованы возможности множественного мера отверстия. Затем поверхность изделия сканируется и по
базирования для отдельных деталей и сборок, а также допол- результатам измерений создается вторая сверлильная операция
нительные функции для заданных геометрических размеров с конечным диаметром. Сканирование дает значение отклонения
и допусков, более гибкие алгоритмы и генерируемые отчеты, центра отверстия, которое используется для коррекции положения
улучшенная связь с КИМ. траектории обработки в CAM-системе.
Апрель/2009 49
Вы также можете почитать
